9.12. ДЕЙСТВИЕ ГАРМОНИЧЕСКОЙ ЭДС НА ЦЕПИ С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ. РЕГЕНЕРАЦИЯ

В радиотехнике под регенерацией подразумевается компенсация потерь в колебательной цепи с помощью положительной обратной связи. Явление регенерации можно использовать для усиления колебаний. Схема регенеративного усилителя, изображенная на рис. 9.39, не отличается от схемы автогенератора. Однако в регенеративном усилителе обратная связь не доводится до значения, соответствующего порогу генерации. При этом получается лишь частичная компенсация потерь в контуре и действие обратной связи сводится только к повышению добротности регенерированного контура.

В схеме на рис. 9.39 усиливаемое колебание с амплитудой Е и частотой со вводится в колебательный контур , а обратная связь осуществляется с помощью катушки , обтекаемой переменной составляющей коллекторного тока и индуктивно связанной с катушкой контура L. Нетрудно выявить влияние параметров транзистора и обратной связи на эквивалентные параметры колебательного контура. Рассмотрим сначала более простой случай малых амплитуд, когда используется небольшой участок характеристики транзистора и средняя крутизна может быть приравнена крутизне 5.

При гармонической ЭДС на входе с комплексной амплитудой Е и частотой со амплитуду тока в контуре (в стационарном режиме) можно определить с помощью следующего выражения:

где — комплексная амплитуда напряжения обратной связи, вводимого в контур. Так как цепь предполагается линейной (при малых амплитудах), то это напряжение совпадает по частоте с ЭДС Е и может отличаться от последней лишь фазой.

Очевидно, что

а амплитуда переменной составляющей коллекторного тока , если пренебречь реакцией выходной цепи,

где амплитуда напряжения на конденсаторе контура.

Таким образом, можно написать

Подставляя это выражение в уравнение (9.60) и решая его относительно I, получаем

Рис. 9.39. Регенеративный усилитель

Как и следовало ожидать (см. § 9.2), влияние положительной обратной связи сводится к уменьшению сопротивления потерь в контуре на величину отрицательного сопротивления

Таким образом, эквивалентное активное сопротивление регенерированного контура

а обротность

Отношение

где — добротность нерегенерированного контура, можно рассматривать как усиление схемы на резонансной частоте когда

Увеличением М можно добиться существенного увеличения довательно, повышения усиления. Следует, однако, иметь в виду, что увеличение при заданной и неизменной резонансной частоте контура сор приводит к сужению полосы пропускания контура. Кроме того, возникает проблема устойчивости цепи. При

цепь теряет устойчивость, а при возникают автоколебания, т. е. усилитель превращается в генератор.

Иначе обстоит дело при больших амплитудах напряжения на входе усилителя. Увеличение амплитуды на зажимах база — эмиттер приводит к уменьшению средней крутизны и в соответствии с (9.62) к уменьшению . Зависимость от амплитуды приводит к нелинейным искажениям усиливаемого сигнала.

Подставляя вместо S в выражение (9.61), получаем

а при резонансе

где

Из выражения (9.61) следует, что при усилении AM сигнала, когда амплитуда тока будет изменяться по закону, отличному от закона модуляции (из-за зависимости от амплитуды колебания). Возникает нелинейное искажение усиливаемого сигнала, сопровождающееся образованием новых частот.

Нелинейный характер рассматриваемой цепи (при больших амплитудах Е) влияет также и на форму резонансной характеристики регенерированного контура.

Рис. 9.40. Резонансные характеристики регенеративного контура: I — при малых; II — при больших амплитудах: штриховая линия — в отсутствие регенерации

Действительно, при отклонении частоты входного сигнала со от резонансной частоты сор возрастает реактивное сопротивление , что приводит к уменьшению амплитуды тока . Но уменьшение в свою очередь приводит к уменьшению и из-за возрастания [см. (9.63)], что в некоторой степени компенсирует влияние возрастания х.

В результате резонансная характеристика в верхней части уплощается, и тем сильнее, чем больше амплитуда внешней ЭДС, действующей на контур. При значительных расстройках преобладающее влияние на амплитуду оказывает реактивное сопротивление и резонансная характеристика быстро спадает почти до нуля (рис. 9.40).

Из всего сказанного следует, что регенерацию можно эффективно использовать только для усиления слабых сигналов.

С явлением регенерации часто приходится встречаться в радиотехнике. Иногда регенерация возникает в усилительных устройствах из-за наличия паразитных обратных связей, что может приводить к искажению сигналов.